[發(fā)明專利]一種碳紙上原位制備空氣電極的方法及其應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910162623.1 | 申請日： | 2019-03-05 |
| 公開（公告）號： | CN109873170A | 公開（公告）日： | 2019-06-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 易清風(fēng);王婷;盛況 | 申請（專利權(quán)）人： | 湖南科技大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/86 | 分類號： | H01M4/86;H01M4/88;H01M12/06 |
| 代理公司： | 張家界市慧誠商標(biāo)專利事務(wù)所 43209 | 代理人： | 高紅旺 |
| 地址： | 411201*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 碳紙 空氣電極 原位制備 鎳鈷 催化劑 碳空心管 包覆的 氮摻雜 沉積 聚四氟乙烯乳液 表面沉積金屬 電化學(xué)能源 親水化處理 碳氮復(fù)合物 催化活性 高溫處理 高溫?zé)峤?/a> 聚多巴胺 空氣電池 空心納米 纖維骨架 有機(jī)框架 直接沉積 復(fù)合物 雙氰胺 碳骨架 熱解 碳氮 應(yīng)用 金屬 生長 保證 | ||
本發(fā)明公開了一種原位制備空氣電極的方法，首先在親水化處理過的碳紙的其中一個(gè)表面沉積金屬鈷/鎳有機(jī)框架化合物；接著再在其上面沉積雙氰胺，高溫?zé)峤夂笤谔技埖睦w維骨架上生長出鎳鈷氮摻雜的碳空心管；隨后進(jìn)一步沉積聚多巴胺；繼續(xù)熱解后形成碳?氮復(fù)合物包覆的鎳鈷?碳氮空心納米管；最后在另一面用聚四氟乙烯乳液處理，得到在碳紙上原位制備的空氣電極。本發(fā)明的空氣電極的催化劑直接沉積于碳紙表面，并且催化劑是由碳氮復(fù)合物包覆的鎳鈷氮摻雜的碳空心管，分散于碳紙?zhí)脊羌苌系拇呋瘎┙?jīng)高溫處理后緊密結(jié)合在碳紙表面，保證了這種空氣電極具有非常優(yōu)異的穩(wěn)定性與催化活性，在金屬?空氣電池等電化學(xué)能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電化學(xué)能源及其材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種碳紙上原位制備空氣電極的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)
氣體擴(kuò)散電極是一種特制的多孔膜電極，由于大量氣體可以到達(dá)電極內(nèi)部，且與電極外面的整體溶液（電解質(zhì)）相連通，可以組成一種三相（固、液、氣）膜電極。它既有足夠的“氣孔”，使反應(yīng)氣體容易傳遞到電極上，又有大量覆蓋在催化劑表面的薄液層。催化劑（如鉑黑）的粉粒分散在多孔膜中，并通過薄液層的“液孔”與電極外面的電解質(zhì)溶液連通，以利于液相反應(yīng)物和產(chǎn)物的遷移。氣體進(jìn)入擴(kuò)散電極發(fā)生催化反應(yīng)，并產(chǎn)生電流。氣體擴(kuò)散電極具有非常廣泛的應(yīng)用，除用于監(jiān)測環(huán)境、工廠、礦場空氣中某些微量的有害氣體之外，還在電化學(xué)能源領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
空氣電極是氣體擴(kuò)散電極中的一種，所指的氣體即空氣，而實(shí)際發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是空氣中的氧氣。空氣電極在能源電化學(xué)方面起著不可缺少的作用。作為空氣電極的催化劑，金屬鉑是效果最為優(yōu)異的材料，但由于它的資源有限，成本極高，而且在使用過程中鉑比較容易中毒而失去活性，所以用其它非貴金屬作為空氣電極的催化劑具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此外，空氣電極的制備過程涉及的步驟多，過程繁雜，主要包括納米催化劑顆粒的制備、分離、提純，納米催化劑顆粒在含有粘結(jié)劑的溶劑中超聲分散，納米催化劑最后涂覆在氣體擴(kuò)散層（例如炭紙）表面等這些步驟。顯然，簡化空氣電極的制備過程，對于有效保持催化劑的活性、減少成本并提高效率都是非常有意義的工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳紙上原位制備空氣電極的方法，本發(fā)明的目的還提供了一種碳紙上原位制備空氣電極的方法及其應(yīng)用。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施方案為：一種碳紙上原位制備空氣電極的方法，包括以下步驟：
（1）將碳紙于濃度為0.1 wt% 的曲拉通 X-100溶液中充分浸泡，然后將碳紙?jiān)诖罅克薪荩磧籼技埍砻娴那?X-100，然后空氣中干燥，將其中的一個(gè)表面用透明膠粘上，記為CP-1；將摩爾比為3:2 的Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O溶于水，配成鈷離子濃度為33 mmol·L-1的金屬鹽溶液；然后將該金屬鹽溶液快速倒入相同體積的濃度為3.3 wt%的2-甲基咪唑溶液中，形成混合溶液，緊接著將上述CP-1浸入該混合溶液中，并在溶液中保持一定時(shí)間；最后將CP-1取出，在大量水中浸泡，60oC下干燥，記為CP@MOF；
（2）將上述CP@MOF浸入常溫下的雙氰胺飽和水溶液中，然后取出CP@MOF在60oC下干燥，撕下其中一面的透明膠，記為CP@MOF-DCD；
（3）將上述CP@MOF-DCD在氮?dú)鈿夥障拢? oC·min-1的升溫速度加熱到850 oC，并在此溫度下保持一定時(shí)間，然后自然冷卻到室溫，然后在原來撕下透明膠的那一面再次粘上透明膠，記為CP@NiCo-tube；
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